Wirkung der transkraniellen Magnetstimulation auf neuronale Netzwerkaktivitäten in limbischen Strukturen bei Rattenmodellen psychiatrischen Phänotyps

• Antragsteller: Professor Dr. Klaus Funke
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Modelle zum Verständnis von Erkrankungen des Nervensystems ; Biologische Psychiatrie ; Medizinische Physik, Biomedizinische Technik ; Molekulare Biologie und Physiologie von Nerven- und Gliazellen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 374523639

Zahlreiche Studien der jüngsten Vergangenheit haben gezeigt, dass die repetitive transkranielle Magnetstimulation (rTMS) das Potenzial besitzt, positiv auf veränderte Hirnaktivitäten einzuwirken, die sich im Zuge neurologischer oder neuropsychiatrischer Krankheitsbilder als verändert erweisen. Je nach Stimulationsprotokoll (Frequenz, Muster) kann die rTMS die kortikale Erregbarkeit akut erhöhen oder erniedrigen. Die zellulären Mechanismen der rTMS sind zwar weitgehend ungeklärt, aber zahlreiche Human- und Tierstudien deuten darauf hin, dass Mechanismen synaptischer Plastizität involviert sind. Da die poststimulations Effekte jedoch selten länger als eine Stunde anhalten, erscheint eine direkte Induktion der klassischen Langzeit Potenzierung bzw. Depression (LTP, LTD) eher unwahrscheinlich. Stattdessen werden homeostatische Prozesse angenommen, die im Sinne einer Metaplastizität wirken. Neuerdings wird diskutiert, dass die Stimulation eher die kortikale Balance aus Erregung und Hemmung über die Modulation der Aktivität GABAerger Interneurone verändert, und über Disinhibition die Ausprägung von LTP und/oder LTD reguliert, so wie es auch für natürliche Lern- und Entwicklungsprozesse angenommen wird. Auch unsere eigenen Untersuchungen an Ratten zeigten eine Modulation der Aktivität bestimmter kortikaler Interneurone durch die rTMS, vor Allem die der Klasse der Parvalbumin-exprimierenden (PV+) fast-spiking Interneurone, denen auch eine Schlüsselrolle bei der Entstehung zahlreicher neuropsychiatrischer Erkrankungen zugeschrieben wird. In Rattenmodellen psychiatrischer Phänotypen wollen wir daher mittels elektrophysiologischer, optischer, pharmakologischer und immunhistochemischer Methoden untersuchen, inwieweit neuronale Erregbarkeit und Plastizität, sowie Netzwerkaktivitäten im Vergleich zu normalen Kontrollratten verändert sind, und wie diese durch bestimmte rTMS-Protokolle modulierbar sind. Zudem sollen gezielt vormarkierte PV+ Interneurone hinsichtlich veränderter Antworteigenschaften untersucht werden. In einem parallelen Ansatz wollen wir ein System etablieren, welches es erlaubt, akute Hirnschnitte direkt überschwellig durch Magnetpulse zu stimulieren, so dass wir untersuchen können, welche Netzwerkaktivitäten durch die Stimulation ganzer Neuronenpopulationen ausgelöst werden und wie diese von der Orientierung des induzierten elektrischen Feldes abhängen. Wir erhoffen uns über die geplanten Studien wichtige Erkenntnisse darüber zu bekommen, welche Netzwerkaktivitäten durch einen Magnetpuls in vivo induziert werden, ob die Wirkung in gesunden und pathologisch veränderten Strukturen unterschiedlich ausfällt, und ob die durch rTMS erzeugten Veränderungen neuronaler Aktivität ein geeignetes Mittel sein könnten, pathologisch veränderte Aktivitäten zu korrigieren und so neuropsychiatrische Erkrankungen therapieren oder in ihrer Entwicklung verhindern zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen